孙利佳，漆　强

(电子科技大学　电子工程学院，成都　610054)



LED显示屏的图片显示实验设计

孙利佳，漆强

(电子科技大学电子工程学院，成都610054)

摘要该文就LED显示屏的图片显示实验进行了探讨。分析了LED显示屏的显示原理，以及各个驱动信号之间的时序关系。在显示图片时，先利用字模提取软件提取图片的显示数据，再根据逐行扫描的动态显示原理，将显示数据按照一定的先后顺序送到LED显示屏显示。通过实验可使学生掌握LED显示屏的工作原理，提高驱动程序设计能力。同时将理论知识的学习和实践环节有机结合，取得了良好的教学效果。

关键词LED显示屏；图片显示；单片机；驱动程序

LED是发光二极管(light emitting diode)的英文缩写。多个发光二极管按照行列排布，可以形成大尺寸的显示屏幕，由于其亮度较高，因此广泛用于户外显示，用来显示文字、图形、动画和视频等各种信息[1]。

为了便于学生掌握LED显示屏的驱动电路设计方法、显示原理和显示驱动程序的设计方法，我们研制了LED显示实验箱。该实验箱以LPC1768微控制器为主控芯片，设计了64(列)×48(行)的LED显示屏。行驱动电路在设计时一般可以采用两种方法完成设计,一种是利用多个译码器完成每一行的选中，比如48行就可以利用3个四线16线译码器完成设计，但是这个方法所用芯片数量较多，成本较多，程序编写也相对比较麻烦。因此我们采用了第二种设计方法：利用多个移位寄存器的级联构成行驱动电路和列驱动电路。具体的行驱动和列驱动电路如图1和图2所示。

图1　列驱动电路原理图

1LED显示屏时序分析

LED显示屏采用动态扫描方法完成显示。显示数据由微控制器提供，通过数据线送去列驱动电路，显示数据在时钟的作用下依次移位，当完成一行的信息显示时，将该行数据锁存，同时进行显示，这样可以避免显示中的“鬼影列”现象。在显示当前行的时候，开始进行下一行数据的准备，这样可以提高显示的效率。下一行数据准备好后，行驱动电路选中新的一行进行显示。这样逐行完成整屏显示数据的显示。一屏的显示时间只要小于20 ms，或者说扫描频率只要大于50 Hz，则利用人眼的视觉暂留，就会感觉整屏显示内容是同时显示，没有闪烁的效应。LED显示屏中几个主要的控制信号为列移位时钟(CP)、行信号(H)和场信号(V)，它们之间的时序关系如图3所示。

图2　行信号驱动电路图

图3　LED显示屏的时序关系图

在设计LED显示实验箱时，为了保证今后实验平台的升级换代，我们使用了NXP公司生产的主要面向嵌入式系统的微控制器LPC1768。该芯片是LPC1700系列芯片中资源最丰富的一款，内部集成了512 KB的闪存和64 KB的数据存储器，并且具备定时器、串口、网络通信、USB接口和CAN总线接口等多种外设；且I/O口的切换频率可达50 MHz，完全满足设计需求；512 KB的程序空间也可以存放大量的显示图片，而不需要外扩存储器。

2图片显示数据的获取

在进行字符和图片显示时，要把这些字符和图片进行分解，分解成一个个的点阵。这需要通过字模软件来完成。利用字模软件来生成字模，显示时要用微控制器做一个送数顺序的颠倒。由于取模软件采用的是正常的显示方式获取显示数据，而LED显示屏的列驱动信号采用移位寄存器来完成，因此最先送出的数据会出现在屏幕的最右方，最后送出的数据出现在屏幕的最左方，在送数时需要做一个顺序的变换。一般的LED显示屏基本采用水平方式扫描，因此取模方式一般是横向取模。

如图4所示，该图片大小为64(列)×48(行)。如果只是横向取模，字节正序，则取模时8个点为一个字节。1)在这8点数据中最左边的一点作为该字节的高位，最右边的一点作为该字节的低位。该图片生成的显示数据为：0xAA,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x11。

图4　显示数据取模示意图

如果利用上述数据格式来显示时，必须要求送每一行的数据时要进行颠倒，先送0x11,最后送0xAA，并且每一个字节的送数程序中，必须是低位在前先送出。

2)以最左边的一点作为字节低位，最右边的一点作为字节高位，取模数据为：0x55,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x88。

如果利用上述数据格式来显示，只需要在送每一行的数据时进行颠倒，先送0x88,最后送0x55，而每一个字节的送数程序，必须是高位在前先送出。

3显示驱动程序设计

在LED显示屏显示时，由于采用了移位寄存器，如果直接采用横向取模的话，每行生成的显示数据为8个字节(由LED显示屏的实际大小决定)，该行最左面为第一个字节，最右面的为第八个字节。因此在送显示数据时，最右面显示的数据应该最先送，最左面显示的数据应该最后送。

编程时，在每一行送数据时要颠倒一下顺序，先送第八字节，再送第七个字节，最后送第一个字节。同时对于单个字节显示时，如果没有设置参数为“字节倒序”，则在送每个字节数据时，也要先送数据字节的最低位，最后送最高位。如果设置参数为“字节倒序”，则送数时就可以先送数据字节的最高位，最后送最低位。

我们利用取模软件获取图片的显示数据后，生成一个一维的数组，将该数组复制到源程序中，并以static的关键字定义，这样编译器就会把显示数据放到Flash存储器。

具体步骤如下：

1)初始化GPIO引脚的方向和初始电平；

2)取显示数据第一行进行显示，送每一位数据时同步送出移位时钟；

3)送出一行数据后，送出行选通信号，点亮该行的LED进行显示，并保持1ms左右的时间；

4)在进行该行显示的同时，开始送下一行数据到列移位寄存器的数据缓冲区(6B595是双缓冲结构的移位寄存器，在显示的同时可以送入新的显示数据)；

5)持续该过程，直到48行数据全部送出；

6)送出48行显示数据后，表明显示完一次图片的显示数据，即完成了一场的显示，送出场信号。

实际设置中，显示程序往往会设置为一个子函数，该函数只完成一次显示数据的显示，由主程序通过定时中断来调用，定时时间间隔为20 ms，确保LED显示屏的扫描频率为50 Hz[8]。程序流程图如图5所示。

图5　显示程序流程图

实际的图片显示效果如图6所示。

图6　LED显示屏显示图片

4结束语

LED显示屏的图片显示实验包含了LED显示屏显示原理，LED显示屏驱动电路的设计、LED

显示时序的分析、驱动程序的编写以及字模软件的使用等知识点。实验项目具有一定的创新性和综合性，可以使学生更好地理解LED显示屏的工作原理和驱动程序的编写[9]。

参 考 文 献

[1]李维諟，郭强.液晶显示应用技术[M].北京：电子工业出版社，2000.

[2]吴援明，蒋泉，陈文彬，等.显示器件驱动技术[M].成都：电子科技大学出版社，2008.

[3]靳桅，邬芝权，李琪，等.基于51系列单片机的LED显示屏开发技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[4]漆强，欧中华，刘子骥，等.嵌入式系统设计工程实践——基于Cortex-M3内核处理器LPC17XX[M].北京: 国防工业出版社，2015.

[5]赵俊.ARM嵌入式应用程序架构设计实例精讲——基于LPC1700[M].北京: 北京航空航天大学出版社，2013.

[6]孙安青.ARM Cortex-M3嵌入式开发实例详解——基于NXP LPC1768[M].北京: 北京航空航天大学出版社，2012.

[7]楼建明，傅越千，安鹏，等.基于能力培养自制实验仪器设备[J].实验技术与管理，2014，31(9):81-86.

[8]应安明，王桂玲，刘桂涛.自制实验仪器设备在教学中的使用[J].实验室研究与探索，2003，22(1):20-21.

[9]韩宇光.ISP系统创新实验平台研制[J].实验技术与管理，2014，31(10):120-122.

收稿日期:2015-05-14；修改日期: 2015-07-07

基金项目：电子科技大学2015年本科教育教学改革研究项目(2015XJYYB028)。

作者简介：孙利佳(1977-)，女，硕士，工程师，主要从事电路与系统教学工作。

中图分类号TP368；G642

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.016

Design of Picture Display Experiment for LED Display Screen

SUN Lijia，QI Qiang

(School of Electronic Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 610054，China)

AbstractPicture display experiment of light emitting diode(LED) display screen is introduced in this paper.The paper analyzes the display principle of LED display screen，as well as the timing relationships between each drive signal.With a display image，word-model extraction software is utilized to extract image display date firstly，then according to the principle of dynamic display，we send the image data to LED display screen according to certain order.The students can master the operating principle of LED display screen and improve the ability to design the driving program through the experiment.This experiment integrates theory with practice and has achieved good teaching effect.

Key wordsLED display screen；picture display；microcontroller;driving program